TW201300926A - 固態影像感測裝置及照相機模組 - Google Patents

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Abstract

按實施形態，固態影像感測裝置具有像素陣列及紅外光除去部。像素陣列係複數之像素單元呈陣列狀配置。像素陣列將各色光之訊號位準分擔給各像素單元並檢測之。紅外光除去部，係從朝向光電轉換元件行進的光中除去紅外光。紅外光除去部設置在每個像素單元上。紅外光除去部係因應像素單元的檢測對象色光，而被設定其選擇波長。

Description

固態影像感測裝置及照相機模組 〔相關申請專利〕
本申請案享受2011年3月16日所申請之日本發明專利申請編號2011-057481及2011年6月27日所申請之日本發明專利申請編號2011-141717之優先權利益，本申請案援用該日本發明專利申請案之所有內容。
本實施形態一般而言係有關固態影像感測裝置及照相機模組。
習知之照相機模組為使可視光穿透並除去紅外光，係設有紅外光(IR)濾鏡。一般來說，影像感測器的像素單元所用之光電轉換元件，其感度可及至近紅外波長區域。而照相機模組利用IR濾鏡來除去近紅外光，藉此抑制色彩還原性的惡化。
習知，像素陣列針對各色光(如R(紅)、G(綠)及B(藍)光)之訊號位準，係分擔給各像素單元以檢測之；但相較於此，IR濾鏡的波長特性，對於整個像素陣列係為固定。若將IR濾鏡的穿透波長區域上限設定在短波長側，雖然短波長側色光中無法完全除去的光會減少，而可抑制因吸收多餘成分而導致色彩還原性惡化，但對於長波長側色光的感度卻會降低。而若將IR濾鏡的穿透波長 區域上限設定在長波長側，雖然對於長波長側色光的感度可大幅增加，但短波長側色光方面卻會增加吸收多餘成分，而招致色彩還原性惡化。
本發明所欲解決之課題，係提供一種固態影像感測裝置及照相機模組，可抑制色彩還原性降低。
實施形態之固態影像感測裝置，其特徵為，具備：像素陣列，係具有光電轉換元件的複數像素單元呈陣列狀配置，將各色光之訊號位準分擔給每個前述像素單元並檢測；及紅外光除去部，係從朝向前述光電轉換元件行進的光當中除去紅外光；前述紅外光除去部設置在每個前述像素單元上，並因應前述像素單元的檢測對象色光，而被設定其選擇波長。
另一實施形態之照相機模組，其特徵為，具備：鏡頭單元，其係接受來自被攝物的光，令被拍攝物成像；及固態影像感測裝置，係對前述被拍攝物進行攝像；前述固態影像感測裝置係具有：像素陣列，係具有光電轉換元件的複數像素單元呈陣列狀配置，將各色光之訊號位準分擔給每個前述像素單元並檢測；及紅外光除去部，係從朝向前述光電轉換元件行進的光當中除去紅外光；前述紅外光除去部設置在每個前述像素單元上，並因應前述像素單元的檢測對象色光，而被設定其選擇波長。
按上述構成之固態影像感測裝置及照相機模組，便可抑制色彩還原性降低。
按實施形態，固態影像感測裝置具有像素陣列及紅外光除去部。像素陣列係複數之像素單元呈陣列狀配置。像素單元具備光電轉換元件。像素陣列將各色光之訊號位準分擔給各像素單元並檢測之。紅外光除去部，係從朝向光電轉換元件行進的光中除去紅外光。紅外光除去部設置在每個像素單元上。紅外光除去部係因應像素單元的檢測對象色光，而被設定其選擇波長。
以下參照所附圖面，說明實施形態之固態影像感測裝置及照相機模組。另，本發明並非由該些實施形態所限定。
圖1為第1實施形態之固態影像感測裝置，其影像感測器之概略構成示意模型圖。圖2為具備圖1所示影像感測器之照相機模組，其概略構成示意方塊圖。圖3為具備圖2所示照相機模組之電子機器數位相機，其構成示意方塊圖。
數位相機1具有照相機模組2、記憶部3及顯示部4。照相機模組2係對被拍攝物進行攝像。記憶部3係存儲照相機模組2所攝影之圖像。顯示部4係顯示照相機模組2所攝影之圖像。顯示部4例如為液晶顯示器。
照相機模組2係根據被拍攝物之攝像，向記憶部3及 顯示部4輸出圖像訊號。記憶部3係因應使用者的操作等，將圖像訊號輸出至顯示部4。顯示部4係因應照相機模組2或記憶部3所輸入之圖像訊號而顯示圖像。
照相機模組2所適用之電子機器除數位相機1外，例如亦可用於附照相機的可攜式終端等。
照相機模組2具有鏡頭單元11、影像感測器12、類比/數位轉換器(analog to digital converter；ADC)13及數位訊號處理器(digital signal processor；DSP)14。 鏡頭單元11接受來自被攝物的光，令被拍攝物於影像感測器12成像。
影像感測器12將鏡頭單元11所接受的光轉換成訊號電荷，對被拍攝物攝像。影像感測器12具有陣列狀配置之複數像素單元21。圖1所示者為一個像素單元21，以及該像素單元21上所層積的構成要素剖面結構。
像素單元21具備光電轉換元件23及檢測部(未圖示)。光電轉換元件23係由形成於半導體基板22表面之雜質擴散區域的一部分所構成。光電轉換元件23因應入射光量而產生電荷。檢測部將光電轉換元件23的訊號電荷轉換為電壓。像素陣列依照規定之色彩排列(如拜耳排列)來排列各色光用之像素單元21。
像素單元21上介著保護層28，層積有配線部24、彩色濾光片25、IR濾鏡26及微透鏡27。配線部24係用來傳遞像素單元21的電荷，或用於遮光。
彩色濾光片25及IR濾鏡26配置於微透鏡27及光電 轉換元件23之間的光路中。彩色濾光片25係在每個像素單元21上，對應像素單元21的檢測對象色光而設置。彩色濾光片25係從朝向光電轉換元件23行進的光中，令像素單元21的檢測對象色光選擇性穿透。
設於檢測R光之像素單元21的彩色濾光片25，會令R光穿透，而遮蔽G光及B光。設於檢測G光之像素單元21的彩色濾光片25，會令G光穿透，而遮蔽R光及B光。設於檢測B光之像素單元21的彩色濾光片25，會令B光穿透，而遮蔽R光及G光。
IR濾鏡26設置於每個像素單元21上。IR濾鏡26係從朝向光電轉換元件23行進的光中除去紅外光。微透鏡27設置於每個像素單元21上。微透鏡27係將朝向光電轉換元件23行進的光予以聚光。彩色濾光片25及IR濾鏡26亦可製成為一體。
影像感測器12以對應拜耳排列的順序接收R、G及B之訊號值，藉此生成類比圖像訊號。ADC13將影像感測器12的圖像訊號從類比式轉換為數位式。DSP14針對ADC13的數位圖像訊號施以各種圖像處理。
照相機模組2係於影像感測器12內的微透鏡27與光電轉換元件23之間的光路中配置IR濾鏡26，藉此，例如相較於在鏡頭單元11上設置IR濾鏡26，可較簡易地構成鏡頭單元11。另，IR濾鏡26亦可配置於影像感測器12內相對於微透鏡27較偏鏡頭單元11側。
圖4為DSP之構成示意方塊圖。DSP14具有去馬賽克 (demosaic)部31、自動曝光(auto exposure；AE)部 32、自動白平衡(auto white balance；AWB)部33、彩色矩陣部34、伽瑪校正部35及YUV轉換部36。
去馬賽克部31對依照拜耳排列順序傳達之數位圖像訊號進行插補處理(去馬賽克處理)，藉此產生RGB訊號(感度訊號)。AE部32實施RGB感度訊號的AE調整。AWB部33實施RGB感度訊號的AWB調整。
彩色矩陣部34針對RGB感度訊號，實施可獲得色彩還原性之彩色矩陣演算處理(色彩還原性處理)。伽瑪校正部35針對RGB感度訊號，實施可校正圖像色階之伽瑪校正。YUV轉換部36係從RGB感度訊號產生亮度(Y)訊號及色差(UV)訊號，藉此將圖像訊號從RGB形式轉換成YUV形式(例如YUV422等)。
IR濾鏡26例如使用將折射率互異的層周期性層積而成之光子晶體彩色濾光片。IR濾鏡26例如在其層積構造中，視不同色光而至少有一層的厚度不同。IR濾鏡26因應像素單元21的檢測對象色光，設計成其可選擇性穿透之波長有所差異。
IR濾鏡26係由無機材料，例如SiO2或TiO2所層積而構成。IR濾鏡26例如以濺鍍、真空蒸鍍等真空成膜法所製造。因使用無機材料，可於每於像素單元21上形成波長特性有所差異之IR濾鏡26。
圖5為彩色濾光片及IR濾鏡之分光特性說明圖。圖5中，縱軸為分光穿透率，橫軸為波長。說明當中的所有波 長皆為舉例，可適當變更。
B光用彩色濾光片25的分光穿透率，在450nm附近為最大。分光穿透率從450nm附近開始，隨著波長變長而漸減。分光穿透率從570nm附近開始，隨著波長變長，如圖中虛線所示，可觀察到若干上昇。
G光用彩色濾光片25的分光穿透率，在540nm附近為最大。分光穿透率從540nm附近開始，隨著波長變長而漸減。分光穿透率從640nm附近開始，隨著波長變長，如圖中虛線所示，可觀察到若干上昇。
R光用彩色濾光片25的分光穿透率，在630nm附近為最大。分光穿透率從630nm附近開始，隨著波長變長而漸減。分光穿透率從660nm附近開始，隨著波長變長，如圖中虛線所示，可觀察到若干上昇。
影像感測器12中，各彩色濾光片25無法完全除去的光會成為多餘的吸收成分，隨著原來的檢測對象色光一起被像素單元21所吸收，導致色彩還原性惡化。
IR濾鏡26所具備之波長特性，係對於像素單元21的檢測對象色光，針對比彩色濾光片25的分光穿透率最大時之波長更為長波長側的範圍內，隨著波長變長，會遮蔽彩色濾光片25的分光穿透率上昇之波長域的光。
將對應於檢測對象為B光之像素單元21的IR濾鏡26，設定成遮蔽比570nm附近更為長波長側之光。將該IR濾鏡26組合上B光用彩色濾光片25，藉此，針對比570nm附近更為長波長側，會如圖中實線所示使分光穿透 率逐漸衰減。
將對應於檢測對象為G光之像素單元21的IR濾鏡26，設定成遮蔽比640nm附近更為長波長側之光。將該IR濾鏡26組合上G光用彩色濾光片25，藉此，針對比640nm附近更為長波長側，會如圖中實線所示使分光穿透率逐漸衰減。
將對應於檢測對象為R光之像素單元21的IR濾鏡26，設定成遮蔽比660nm附近更為長波長側之光。將該IR濾鏡26組合上R光用彩色濾光片25，藉此，針對比660nm附近更為長波長側，會如圖中實線所示使分光穿透率逐漸衰減。
像這樣，IR濾鏡26因應像素單元21的檢測對象色光，而被設定其選擇波長。因影像感測器12採用了因應色光而選擇波長有所差異之IR濾鏡26，相較於使用習知對於影像感測器12全體之波長特性皆一樣之濾鏡，可有效除去像素單元21的多餘吸收成分。藉此，影像感測器12便可抑制色彩還原性惡化。
因照相機模組2可減低多餘吸收成分，故可減少彩色矩陣部34的彩色矩陣演算係數。照相機模組2減少彩色矩陣演算係數進而可減少增益，故能獲得雜訊較少之圖像。
影像感測器12中，對於所有色光，並不限於令IR濾鏡26的選擇波長互異。影像感測器12中，只要至少對應一個色光的IR濾鏡26，相較於對應其他色光的IR濾鏡 26，其選擇波長有所差異即可。
舉例來說，檢測對象為G光之像素單元21上的IR濾鏡26，與檢測對象為B光之像素單元21上的IR濾鏡26，兩者之穿透波長區域上限設為共通波長，如620nm附近等亦可。某些情形下，檢測對象為R光之像素單元21，相較於檢測對象為其他色光之像素單元21，可以減少其多餘吸收成分。因此，檢測對象為R光之像素單元21上的IR濾鏡26，例如亦可將其穿透波長區域上限設在比可視區域更為長波長側。
圖6為第2實施形態之固態影像感測裝置，其影像感測器之概略構成示意模型圖。本實施形態之影像感測器40，應用於照相機模組2(參照圖2)。遇與第1實施形態相同之部分，則標記同一符號，並省略重複說明。
影像感測器40具有陣列狀配置之複數像素單元21。圖6所示者為一個像素單元21，以及該像素單元21上所層積的構成要素剖面結構。
影像感測器40在微透鏡27與光電轉換元件23之間的光路中，配置有光子晶體彩色濾光片41。光子晶體彩色濾光片41係在每個像素單元21上，對應像素單元21的檢測對象色光而設置。光子晶體彩色濾光片41係從朝向光電轉換元件23行進的光中，令像素單元21的檢測對象色光選擇性穿透，同時除去紅外光。
光子晶體彩色濾光片41，係取代第1實施形態中的彩色濾光片25及IR濾鏡26(參照圖1)而設置。光子晶體 彩色濾光片41兼具彩色濾光片25及IR濾鏡26的功能。光子晶體彩色濾光片41相當於彩色濾光片25及IR濾鏡26的合體。另，光子晶體彩色濾光片41亦可與微透鏡27製成一體。
圖7為光子晶體彩色濾光片(photonic color filter)之剖面模型圖。光子晶體彩色濾光片41，係由折射率互異的層周期性層積而成之層積構造所構成。光子晶體彩色濾光片41，具備高折射率層42與低折射率層43二種介電體層交互層積之結構。
光子晶體彩色濾光片41在高折射率層42及低折射率層43中，視不同色光而至少有一層的厚度不同。光子晶體彩色濾光片41因應像素單元21的檢測對象色光，設計成其可選擇性穿透之光波長有所差異。
高折射率層42係由無機材料，例如TiO2所構成。低折射率層43係由無機材料，例如SiO2所構成。光子晶體彩色濾光片41例如以濺鍍、真空蒸鍍等真空成膜法所製造。因使用無機材料，可於每於像素單元21上形成波長特性有所差異之光子晶體彩色濾光片41。
第2實施形態之影像感測器40與第1實施形態相同，可有效除去像素單元21中的多餘吸收成分，進而抑制色彩還原性惡化。照相機模組2係於影像感測器40內的微透鏡27與光電轉換元件23之間的光路中配置光子晶體彩色濾光片41，藉此，例如相較於在鏡頭單元11上設置IR濾鏡，可較簡易地構成鏡頭單元11。
而因影像感測器40採用兼具彩色濾光片25功能與IR濾鏡26功能之光子晶體彩色濾光片41，故可減少零件數，結構較為簡易。
圖8為第3實施形態之固態影像感測裝置，其影像感測器之像素單元排列說明圖。本實施形態之影像感測器，應用於照相機模組2(參照圖2)。
圖9為拜耳(Bayer)排列之說明圖。圖9所示之拜耳排列中，2行2列的像素區塊中，其中一個對角配置R用像素及B用像素，另一對角則配置2個G用像素。
如圖8所示，第3實施形態之影像感測器，係針對構成拜耳排列之2行2列像素區塊中，將2個G用像素的其中一個置換為紅外光(IR)用像素，而構成。本實施形態之影像感測器，係以4個像素為1組，除RGB3色資訊外，尚可取得紅外光資訊。照相機模組2可利用紅外光資訊進行圖像處理。
影像感測器具備檢測R光之R用像素單元、檢測G光之G用像素單元、檢測B光之B用像素單元、以及檢測紅外光之IR用像素單元。R用像素單元、G用像素單元、B用像素單元，係分擔並檢測RGB可視光訊號位準之可視光用像素單元。第3實施形態中，可視光用像素單元例如與第1實施形態之各色光用像素單元具有相同結構。
IR用像素單元上，不設置各色光用像素單元的彩色濾光片25及IR濾鏡26(參照圖1)，而是設置IR穿透濾鏡。IR穿透濾鏡會令紅外光穿透，而遮蔽R、G、B各色 光。
IR穿透濾鏡例如與可視光用像素單元之IR濾鏡26相同，為光子晶體彩色濾光片。IR穿透濾鏡係由無機材料，例如SiO2或TiO2所層積之層積構造而構成。構成IR穿透濾鏡的各層，具有可令紅外光選擇性穿透之厚度而構成。
IR穿透濾鏡例如以濺鍍、真空蒸鍍等真空成膜法所製造。另，第3實施形態中，可視光用像素單元與第2實施形態之各色光用像素單元相同，亦可為具備光子晶體彩色濾光片41(參照圖6)之結構。
圖10為各像素單元之分光特性說明圖。說明當中的所有波長皆為舉例，可適當變更。針對可視光用像素單元，圖中表示了組合彩色濾光片25及IR濾鏡26而得之分光特性，或是光子晶體彩色濾光片41之分光特性。針對IR用像素單元，表示了IR穿透濾鏡之分光特性。
可視光用像素單元中，彩色濾光片25及IR濾鏡26，或是光子晶體彩色濾光片41，其具備之波長特性，係遮蔽穿透IR穿透濾鏡的波長域之光。
B用像素單元中，同第1實施形態，從570nm附近開始，隨著波長變長，如圖中實線所示，分光穿透率逐漸衰減。又，B用像素單元所具有之特性，係可完全阻絕比670nm至730nm範圍中任一者(例如730nm)更為長波長之光。
G用像素單元中，同第1實施形態，從640nm附近開始，隨著波長變長，如圖中實線所示，分光穿透率逐漸衰 減。又，G用像素單元所具有之特性，同B用像素單元，係可完全阻絕比670nm至730nm範圍中任一者(例如730nm)更為長波長之光。
R用像素單元中，同第1實施形態，從660nm附近開始，隨著波長變長，如圖中實線所示，分光穿透率逐漸衰減。又，R用像素單元所具有之特性，同B用像素單元及G用像素單元，係可完全阻絕比670nm至730nm範圍中任一者(例如730nm)更為長波長之光。
IR用像素單元之IR穿透濾鏡所具有之特性，係可令730nm以上波長的光穿透。IR穿透濾鏡的分光穿透率，在800nm附近為最大。
影像感測器中，係在像素陣列內配置IR用像素單元。影像感測器中，在IR用像素單元中為檢測對象波長之光，到了可視光用像素單元則被阻絕。影像感測器可藉由可視光用像素單元來取得可視光各色光之資訊，同時可藉由IR用像素單元來取得紅外光之資訊。
圖11為參照既得色成分訊號值，來生成不足色成分訊號值之像素示例圖。去馬賽克部31(參照圖4)對每個像素的既得色成分訊號值進行插補處理，以生成每個像素的不足色成分訊號值。去馬賽克部31針對IR用像素，係算出不足色成分即R、G及B之各訊號值。
去馬賽克部31在生成不足色成分訊號值時，例如參照3行3列像素區塊所包含之9個像素的訊號值。去馬賽克部31例如以下列各式，算出IR用像素的不足色成分之 各訊號值。
(R訊號值)=(R1+R2)/2
(G訊號值)=(G1+G2+G3+G4)/4
(B訊號值)=(B1+B2)/2
另，各式中、「R1」及「R2」項分別為像素區塊所包含之2個R用像素所檢測出之R成分訊號值。「G1」、「G2」、「G3」及「G4」項分別為像素區塊所包含之4個G用像素所檢測出之G成分訊號值。「B1」及「B2」項分別為像素區塊所包含之2個B用像素所檢測出之B成分訊號值。DSP14(參照圖4)中，AE部32針對可視光成分實施AE調整。AWB部33針對可視光成分實施AWB調整。
另，去馬賽克部31不限於以第3實施形態說明之方法實施去馬賽克處理，亦可以任意方法實施去馬賽克處理。舉例來說，為提升色彩還原性、訊噪比(SN比)及解像度等，亦可適當變更去馬賽克處理。
因照相機模組2應用了第3實施形態之影像感測器，故無需另外追加紅外光檢測專用影像感測器，即可獲得各色光之資訊與紅外光之資訊。照相機模組相較於一般拜耳排列之情形，其一部分G用像素被置換為IR像素，使得可檢測之色資訊變少，但代價是追加了使用紅外光資訊之功能。
照相機模組2例如藉由使用紅外光之亮度資訊，而能在低照度環境下進行高感度圖像攝影。照相機模組2中， 亦可令第3實施形態之影像感測器與紅外光源組合，而構成所謂的手勢辨識系統。手勢辨識系統係檢測物體所反射的紅外光，而辨識物體的動作。
第3實施形態之影像感測器中，針對可視光用像素單元，係與第1實施形態相同，可有效除去多餘吸收成分，進而抑制色彩還原性惡化。
圖12為第4實施形態之照相機模組立體概略圖。本實施形態之照相機模組50，應用於數位相機1(參照圖3)等電子機器。
照相機模組50具有影像感測器51及4個攝像鏡頭53。各攝像鏡頭53構成2行2列之微鏡片(lenslet)。各攝像鏡頭53構成鏡頭單元，接受來自被攝物的光。
圖13為影像感測器之俯視模型圖。影像感測器51具有R用像素陣列52R、B用像素陣列52B、G用像素陣列52G及IR用像素陣列52IR。另，各像素陣列52R、52B、52G及52IR僅圖示其受光面，其餘結構在圖示中省略。
R用像素陣列52R、B用像素陣列52B及G用像素陣列52G為每種色光的像素陣列。R用像素陣列52R、B用像素陣列52B及G用像素陣列52G係為針對每種色成分，配置了可視光用像素單元之各色用像素陣列。IR用像素陣列52IR係為配置了紅外光用像素單元之像素陣列。
R用像素陣列52R中，R用像素單元呈陣列狀配置。B用像素陣列52B中，B用像素單元呈陣列狀配置。G用像素陣列52G中，G用像素單元呈陣列狀配置。IR用像 素陣列52IR中，IR用像素單元呈陣列狀配置。可視光用像素單元之R用像素單元、G用像素單元及B用像素單元，與第3實施形態之各色光用像素單元具有相同結構。IR用像素單元與第3實施形態之IR用像素單元具有相同結構。
影像感測器51中，R用像素陣列52R、B用像素陣列52B、G用像素陣列52G及IR用像素陣列52IR構成2行2列矩陣。攝像鏡頭53分別對應於R用像素陣列52R、B用像素陣列52B、G用像素陣列52G及IR用像素陣列52IR而設置。
照相機模組50藉由各色用像素陣列52R、52B及52G所接收之各訊號值，不經過去馬賽克處理，可合成由RGB各色成分所構成之彩色圖像。照相機模組50於彩色圖像合成後，同第1實施形態般，實施彩色矩陣演算處理、白平衡調整及伽瑪校正。此外，照相機模組50藉由IR用像素陣列52IR，可獲得紅外光之資訊。
因照相機模組50應用了第4實施形態之影像感測器51，故與第3實施形態相同，無需另外追加紅外光檢測專用影像感測器，即可獲得各色光之資訊與紅外光之資訊。第4實施形態之影像感測器51中，針對可視光用像素單元，係與第1實施形態相同，可有效除去多餘吸收成分，進而抑制色彩還原性惡化。
因影像感測器51設置了每種色成分之像素陣列及紅外成分之像素陣列，故可避免各色成分及紅外成分光洩漏 而導致像素單元間的串擾(crosstalk)。而影像感測器51藉由抑制串擾，可大幅提升色彩還原性及感度。此外，因影像感測器51因應檢測對象光的波長域，可使用最佳化設計之攝像鏡頭53，故能大幅減輕軸上的色像差。
圖14為第5實施形態之固態影像感測裝置，其影像感測器之像素單元排列說明圖。本實施形態之影像感測器，應用於照相機模組2(參照圖2)。
第5實施形態之影像感測器、係針對構成拜耳排列之2行2列像素區塊中，將2個G用像素的其中一個置換為紫外光(UV)用像素，而構成。本實施形態之影像感測器，係以4個像素為1組，除RGB3色資訊外，尚可取得紫外光資訊。照相機模組2可利用紫外光資訊進行圖像處理。
影像感測器具備檢測R光之R用像素單元、檢測G光之G用像素單元、檢測B光之B用像素單元、以及檢測紫外光之UV用像素單元。R用像素單元、G用像素單元、B用像素單元，係分擔並檢測RGB可視光訊號位準之可視光用像素單元。第5實施形態中，可視光用像素單元例如與第1實施形態之各色光用像素單元具有相同結構。
UV用像素單元上，不設置各色光用像素單元的彩色濾光片25及IR濾鏡26(參照圖1)，而是設置UV穿透濾鏡。UV穿透濾鏡會令紫外光穿透，而遮蔽R、G、B各色光。
UV穿透濾鏡例如為光子晶體彩色濾光片。UV穿透濾 鏡係由無機材料，例如SiO2或TiO2所層積之層積構造而構成。構成UV穿透濾鏡的各層，具有可令紫外光選擇性穿透之厚度而構成。
UV穿透濾鏡例如以濺鍍、真空蒸鍍等真空成膜法所製造。另，第5實施形態中，可視光用像素單元與第2實施形態之各色光用像素單元相同，亦可為具備光子晶體彩色濾光片41(參照圖6)之結構。
圖15為各像素單元之分光特性說明圖。說明當中的所有波長皆為舉例，可適當變更。針對可視光用像素單元，圖中表示了組合彩色濾光片25及IR濾鏡26而得之分光特性，或是光子晶體彩色濾光片41之分光特性。針對UV用像素單元，表示了UV穿透濾鏡之分光特性。
可視光用像素單元中，彩色濾光片25及IR濾鏡26，或是光子晶體彩色濾光片41，其具備之波長特性，係遮蔽穿透UV穿透濾鏡的波長域之光。
B用像素單元中，同第1實施形態，從570nm附近開始，隨著波長變長，分光穿透率逐漸衰減。又，在B用像素單元中，從430nm附近開始，隨著波長變短，如圖中實線所示，分光穿透率逐漸衰減。另，圖中延續B的分光特性而表示之虛線，係用來例示習知B光用彩色濾光片的分光特性。
G用像素單元中，同第1實施形態，從640nm附近開始，隨著波長變長，分光穿透率逐漸衰減。又，在G用像素單元中，從430nm附近開始，隨著波長變短，如圖中實 線所示，分光穿透率逐漸衰減。另，圖中延續G的分光特性而表示之虛線，係用來例示習知G光用彩色濾光片的分光特性。
R用像素單元中，同第1實施形態，從660nm附近開始，隨著波長變長，分光穿透率逐漸衰減。又，在R用像素單元中，從510nm附近開始，隨著波長變短，如圖中實線所示，分光穿透率逐漸衰減。另，圖中延續R的分光特性而表示之虛線，係用來例示習知R光用彩色濾光片的分光特性。
UV用像素單元之UV穿透濾鏡所具有之特性，係可令510nm以下波長的光穿透。UV穿透濾鏡的分光穿透率，在400nm附近為最大。
影像感測器中，係在像素陣列內配置UV用像素單元。影像感測器中，在UV用像素單元中為檢測對象波長之光，到了可視光用像素單元則被阻絕。影像感測器可藉由可視光用像素單元來取得可視光各色光之資訊，同時可藉由UV用像素單元來取得紫外光之資訊。
圖16為參照既得色成分訊號值，來生成不足色成分訊號值之像素示例圖。去馬賽克部31(參照圖4)對每個像素的既得色成分訊號值進行插補處理，以生成每個像素的不足色成分訊號值。去馬賽克部31針對UV用像素，係算出不足色成分即R、G及B之各訊號值。
去馬賽克部31在生成不足色成分訊號值時，例如參照3行3列像素區塊所包含之9個像素的訊號值。去馬賽 克部31例如以下列各式，算出UV用像素的不足色成分之各訊號值。
(R訊號值)=(R1+R2)/2
(G訊號值)=(G1+G2+G3+G4)/4
(B訊號值)=(B1+B2)/2
各式中、「R1」及「R2」項分別為像素區塊所包含之2個R用像素所檢測出之R成分訊號值。「G1」、「G2」、「G3」及「G4」項分別為像素區塊所包含之4個G用像素所檢測出之G成分訊號值。「B1」及「B2」項分別為像素區塊所包含之2個B用像素所檢測出之B成分訊號值。DSP14(參照圖4)中，AE部32針對可視光成分實施AE調整。AWB部33針對可視光成分實施AWB調整。
去馬賽克部31不限於以第5實施形態說明之方法實施去馬賽克處理，亦可以任意方法實施去馬賽克處理。舉例來說，為提升色彩還原性、SN比及解像度等，亦可適當變更去馬賽克處理。
因照相機模組2應用了第5實施形態之影像感測器，故無需另外追加紫外光檢測專用影像感測器，即可獲得各色光之資訊與紫外光之資訊。照相機模組2相較於應用一般拜耳排列之情形，其一部分G用像素被置換為UV像素，使得可檢測之色資訊變少，但代價是追加了使用紫外光資訊之功能。
照相機模組2例如可在近距離拍攝被攝物時，利用紫外光之資訊，以獲得較深的景深。習知欲獲得較深的景深 ，會使用EDoF(extended depth field，擴展景深技術)用之固定焦點鏡頭。調制轉換函數(modulation transfer function；MTF)的峰值隨著長波長成分愈多，愈落在遠距離側。在近距離下，RGB各色光中R光離MTF的峰值較遠，故R成分容易產生散景(bokeh)。此外，遠距離至無限遠時，RGB各色光中B光離MTF的峰值較遠，故B成分容易產生散景。
EDoF固定焦點照相機，為確保較深的景深，相較於自動對焦照相機，其MTF峰值較低。EDoF固定焦點照相機的MTF峰值較低，相對地會施加較強的輪廓強調效果。近距離下的R成分散景，以及遠距離至無限遠時的B成分散景，會因輪廓強調效果而得到助長，是可能導致畫質劣化的要因。
照相機模組2藉由在近拍攝影時使用紫外光之資訊，針對RGB各色光，其MTF峰值可不必設下太大的差別。藉此，照相機模組2能確保較深景深，可進行讀取條碼或文字辨識等近拍攝影以及一般攝影，同時能抑制畫質劣化。
第5實施形態之影像感測器中，針對可視光用像素單元，係與第1實施形態相同，可有效除去多餘吸收成分，進而抑制色彩還原性惡化。
圖17為第5實施形態變形例之照相機模組立體概略圖。本變形例之照相機模組60，應用於數位相機1(參照圖3)等電子機器。
照相機模組60具有影像感測器61及4個攝像鏡頭53。遇與第4實施形態相同之部分，則標記同一符號，並省略重複說明。
圖18為影像感測器之俯視模型圖。影像感測器61具有R用像素陣列52R、B用像素陣列52B、G用像素陣列52G及UV用像素陣列62UV。另，各像素陣列52R、52B、52G及62UV僅圖示其受光面，其餘結構在圖示中省略。
UV用像素陣列62UV係為配置了紫外光用像素單元之像素陣列。UV用像素陣列62UV中，UV用像素單元呈陣列狀配置。
影像感測器61中，R用像素陣列52R、B用像素陣列52B、G用像素陣列52G及UV用像素陣列62UV構成2行2列矩陣。攝像鏡頭53分別對應於R用像素陣列52R、B用像素陣列52B、G用像素陣列52G及UV用像素陣列62UV而設置。照相機模組60藉由UV用像素陣列62UV，可獲得紫外光之資訊。
本變形例情形中，照相機模組60同樣可確保較深景深，抑制畫質劣化。影像感測器61與第4實施形態相同，藉由抑制串擾，可提升色彩還原性、感度，同時減輕軸上的色像差。
本發明已說明數個實施形態，但這些實施形態係用於舉例而揭示者，並非意圖限定發明之範圍。該些新穎之實施形態，可以其他各式各樣的形態加以實施，只要不脫離 發明宗旨之範圍，皆可進行種種省略、置換、變更。該些實施形態或其變形例，係包含於發明之範圍及宗旨中，同時亦包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。
1‧‧‧數位相機
2、50、60‧‧‧照相機模組
3‧‧‧記憶部
4‧‧‧顯示部
11‧‧‧鏡頭單元
12、40、51、61‧‧‧影像感測器
13‧‧‧類比/數位轉換器
14‧‧‧數位訊號處理器
21‧‧‧像素單元
22‧‧‧半導體基板
23‧‧‧光電轉換元件
24‧‧‧配線部
25‧‧‧彩色濾光片
26‧‧‧紅外光濾鏡
27‧‧‧微透鏡
28‧‧‧保護層
31‧‧‧去馬賽克部
32‧‧‧自動曝光部
33‧‧‧自動白平衡部
34‧‧‧彩色矩陣部
35‧‧‧伽瑪校正部
36‧‧‧YUV轉換部
41‧‧‧光子晶體彩色濾光片
42‧‧‧高折射率層
43‧‧‧低折射率層
52R‧‧‧R用像素陣列
52G‧‧‧G用像素陣列
52B‧‧‧B用像素陣列
52IR‧‧‧IR用像素陣列
53‧‧‧攝像鏡頭
62UV‧‧‧UV用像素陣列
圖1為第1實施形態之固態影像感測裝置，其影像感測器之概略構成示意模型圖。
圖2為具備圖1所示影像感測器之照相機模組，其概略構成示意方塊圖。
圖3為具備圖2所示照相機模組之電子機器數位相機，其構成示意方塊圖。
圖4為DSP之構成示意方塊圖。
圖5為彩色濾光片及IR濾鏡之分光特性說明圖。
圖6為第2實施形態之固態影像感測裝置，其影像感測器之概略構成示意模型圖。
圖7為光子晶體彩色濾光片(photonic color filter)之剖面模型圖。
圖8為第3實施形態之固態影像感測裝置，其影像感測器之像素單元排列說明圖。
圖9為拜耳(Bayer)排列之說明圖。
圖10為各像素單元之分光特性說明圖。
圖11為參照既得色成分訊號值，來生成不足色成分訊號值之像素示例圖。
圖12為第4實施形態之照相機模組立體概略圖。
圖13為影像感測器之俯視模型圖。
圖14為第5實施形態之固態影像感測裝置，其影像感測器之像素單元排列說明圖。
圖15為各像素單元之分光特性說明圖。
圖16為參照既得色成分訊號值，來生成不足色成分訊號值之像素示例圖。
圖17為第5實施形態變形例之照相機模組立體概略圖。
圖18為影像感測器之俯視模型圖。
12‧‧‧影像感測器
21‧‧‧像素單元
22‧‧‧半導體基板
23‧‧‧光電轉換元件
24‧‧‧配線部
25‧‧‧彩色濾光片
26‧‧‧紅外光濾鏡
27‧‧‧微透鏡
28‧‧‧保護層

Claims (20)

  1. 一種固態影像感測裝置，其特徵為，具備：像素陣列，係具有光電轉換元件的複數像素單元呈陣列狀配置，將各色光之訊號位準分擔給每個前述像素單元並檢測；及紅外光除去部，係從朝向前述光電轉換元件行進的光當中除去紅外光；前述紅外光除去部設置在每個前述像素單元上，並因應前述像素單元的檢測對象色光，而被設定其選擇波長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的固態影像感測裝置，其中，每個前述像素單元具有彩色濾光片，其係對應於前述像素單元的檢測對象色光而設置，在朝向前述光電轉換元件行進的光當中，令前述檢測對象色光選擇性穿透。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的固態影像感測裝置，其中，前述紅外光除去部所具備之波長特性，係對於前述檢測對象色光，針對比前述彩色濾光片的分光穿透率最大時之波長更為長波長側的範圍內，隨著波長變長，會遮蔽前述彩色濾光片的分光穿透率上昇之波長域的光。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的固態影像感測裝置，其中，前述紅外光除去部，與前述彩色濾光片形成為一體。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的固態影像感測裝置， 其中，具有光子晶體彩色濾光片(photonic color filter)，其係為前述紅外光除去部及前述彩色濾光片的合體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的固態影像感測裝置，其中，具有微透鏡，其係將朝向前述光電轉換元件行進的光予以聚光，前述紅外光除去部，配置於前述微透鏡與前述光電轉換元件之間的光路中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的固態影像感測裝置，其中，前述紅外光除去部，係使用無機材料所構成。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的固態影像感測裝置，其中，前述光子晶體彩色濾光片，係使用無機材料所構成。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的固態影像感測裝置，其中，前述像素陣列，係依照色彩排列(color arrangement)來排列各色光用之前述像素單元。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的固態影像感測裝置，其中，前述複數像素單元包含：可視光用像素單元，係分擔並檢測可視光各色光之訊號位準；及紅外光用像素單元，係檢測紅外光； 前述紅外光除去部設置在每個前述可視光用像素單元上，並因應前述可視光用像素單元的檢測對象色光，而被設定其選擇波長。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的固態影像感測裝置，其中，具有：彩色濾光片，其係在每個前述可視光用像素單元上，對應於前述可視光用像素單元的檢測對象色光而設置，在朝向前述光電轉換元件行進的光當中，令前述檢測對象色光選擇性穿透；及紅外光穿透濾鏡，設於前述紅外光用像素單元，在朝向前述光電轉換元件行進的光當中，令前述紅外光選擇性穿透。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的固態影像感測裝置，其中，前述紅外光除去部及前述彩色濾光片所具備之波長特性，係遮蔽穿透前述紅外光穿透濾鏡的波長域之光。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的固態影像感測裝置，其中，具有：各色用像素陣列，係為針對每種色成分，配置了前述可視光用像素單元的各色光之前述像素陣列；及紅外光用像素陣列，係為配置了前述紅外光用像素單元之前述像素陣列。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的固態影像感測裝置，其中， 前述複數像素單元包含：可視光用像素單元，係分擔可視光各色光之訊號位準並檢測之；及紫外光用像素單元，係檢測紫外光；前述紅外光除去部設置在每個前述可視光用像素單元上，並因應前述可視光用像素單元的檢測對象色光，而被設定其選擇波長。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的固態影像感測裝置，其中，具有：彩色濾光片，其係在每個前述可視光用像素單元上，對應於前述可視光用像素單元的檢測對象色光而設置，在朝向前述光電轉換元件行進的光當中，令前述檢測對象色光選擇性穿透；及紫外光穿透濾鏡，設於前述紫外光用像素單元，在朝向前述光電轉換元件行進的光當中，令前述紫外光選擇性穿透。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的固態影像感測裝置，其中，前述紅外光除去部及前述彩色濾光片所具備之波長特性，係遮蔽穿透前述紫外光穿透濾鏡的波長域之光。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的固態影像感測裝置，其中，具有：各色用像素陣列，係為針對每種色成分，配置了前述可視光用像素單元的各色光之前述像素陣列；及紫外光用像素陣列，係為配置了前述紫外光用像素單 元之前述像素陣列。
  18. 一種照相機模組，其特徵為，具備：鏡頭單元，其係接受來自被攝物的光，令被拍攝物成像；及固態影像感測裝置，係對前述被拍攝物進行攝像；前述固態影像感測裝置具有：像素陣列，係具有光電轉換元件的複數像素單元呈陣列狀配置，將各色光之訊號位準分擔給每個前述像素單元並檢測；及紅外光除去部，係從朝向前述光電轉換元件行進的光當中除去紅外光；前述紅外光除去部設置在每個前述像素單元上，並因應前述像素單元的檢測對象色光，而被設定其選擇波長。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的照相機模組，其中，具有：各色用像素陣列，係為針對每種色成分，配置了可視光用像素單元的各色光之前述像素陣列，而該可視光用像素單元，係為分擔並檢測可視光各色光之訊號位準之前述像素單元；及紅外光用像素陣列，係為配置了前述紅外光用像素單元之前述像素陣列，而該紅外光用像素單元，係為檢測紅外光之前述像素單元；前述紅外光除去部設置在每個前述可視光用像素單元上，並因應前述可視光用像素單元的檢測對象色光，而被 設定其選擇波長，前述鏡頭單元具備複數之攝像鏡頭，以構成微鏡片(lenslet)，前述攝像鏡頭分別對應於前述各色用像素陣列及前述紅外光用像素陣列而設置。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的照相機模組，其中，具有：各色用像素陣列，係為針對每種色成分，配置了可視光用像素單元的各色光之前述像素陣列，而該可視光用像素單元，係為分擔並檢測可視光各色光之訊號位準之前述像素單元；及紫外光用像素陣列，係為配置了前述紫外光用像素單元之前述像素陣列，而該紫外光用像素單元，係為檢測紫外光之前述像素單元；前述紅外光除去部設置在每個前述可視光用像素單元上，並因應前述可視光用像素單元的檢測對象色光，而被設定其選擇波長，前述鏡頭單元具備複數之攝像鏡頭，以構成微鏡片(lenslet)，前述攝像鏡頭分別對應於前述各色用像素陣列及前述紫外光用像素陣列而設置。
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